Introduction au fonctionnement du système climatique

Introduction au fonctionnement du système climatique
Sylvie Joussaume
Directrice de l’Institut National des Sciences de l’Univers du CNRS
auteur de « climat, d’hier à demain » CNRS éditions
• Le bilan radiatif de l’atmosphère
• Les composantes du système climatique
& leur rôle dans les changements climatiques
 Atmosphère
 Océans
 Cryosphère
 Biosphère
 Lithosphère
• Mécanismes des changements climatiques
• L’homme un nouvel acteur
Bilan énergétique de la Terre
Répartition latitudinale
de l’énergie
Transport total d’énergie
Contribution de
l’atmosphère et l’océan
+
-
-
L’atmosphère
Images meteosat
Rétroactions
associées au cycle de l’eau
Rétroaction positive
T
Vapeur d’eau
Négatif (solaire)
Rétroaction des nuages ?
Nuages
Positif (IR)
Les océans
• 71% de la surface sur 3800 m de profondeur
• Très grand réservoir de chaleur
Capacité thermique : océans
3m
• Océan forcé par l’atmosphère :
atmosphère
10 000 m
circulation thermohaline / circulation induite par les vents
Flux d’énergie
Rayonnement/sensible & latente
T
Flux d’eau douce
Précipitation/évaporation
S
Vents
Courants
Le phénomène El Nino :
Du couplage entre l’atmosphère et l’océan
El Nino
Normal
Représentation schématique de la circulation thermohaline
plusieurs centaines à un milliers d’années
La cryosphère
Continents :
Neige : 1 à 30%
Glaciers/calottes : 11%
Océans :
Glace de mer (banquise) : 7 %
1er effet : albédo (réflexion du rayonnement solaire)
Sans neige/glace : 6% océans, 10 à 30% sur les continents
Avec neige/glace : 80-90% neige propre- 50% fonte
Rétroaction positive :
T
Neige/glace
Albedo
La variabilité glaciaire
Température
H
Evénements de Heinrich :
débâcle massive d’icebergs
Représentation schématique de la circulation thermohaline
plusieurs centaines à un milliers d’années
Les cycles glaciaires
l’enregistrement de Vostok
1600 ppbv
365 ppmv
CLIMATE and GREENHOUSE GASES
300
260
240
220
-420
Gaz carbonique
180
-440
Température
800
-460
700
-480
600
500
400
0
50000
100000
150000
200000
250000
Age (yr BP)
300000
350000
400000
Adapted from Petit et al, Nature(1999)
CH4 (ppbv)
dD (°/°°)
200
CO2 (ppmv)
280
Méthane
100 000100
ans000 ans
La théorie astronomique des paléoclimats
Milutin Milankovitch
19 000 et 23 000 ans
41 000 ans
41 000 ans
La biosphère
La biosphère
Cycle du carbone
Photosynthèse/décomposition
Cycle de l’eau :
évapotranspiration
Cycle de l’énergie:
Albédo, rugosité
Polder
Le climat aux échelles de
temps géologiques
Le rôle de la tectonique
Ères glaciaires
Frakes (1979)
440 Ma
300 Ma
80 Ma
30 Ma
Mécanismes des changements climatiques
Volcanisme
• Émission de SO2
 gouttelettes d’acide sulfurique dans la stratosphère
 Refroidissement du climat (de 6 mois à quelques années)
1991
éruption du Pinatubo
• Cycle géologique du carbone (sur un million d’années)
Le système climatique
Echanges d’énergie
Echanges d’eau
Echanges de carbone
CO2, CH4, O3
1 mois-109 ans
Atmosphère
1 jour - 10 ans
H20
H20
Glace
1 mois - 10 ans
Calotte
103-106 ans
Lithosphère
104-109 ans
Pôle
1mois -10ans
Océan
10 - 1000 ans
Biosphère
1mois -100 ans
Equateur
Mécanismes des changements climatiques
Forçage solaire
• Activité solaire :
– Cycle de 11 ans : 0,1% (observations)
– Cycles plus longs (centaine d’années) :
0,25 à 0,6% ?
Petit âge glaciaire ?
– Évolution du Soleil :
+ 25à 30% depuis 4,5 milliards d’années
• Mouvement de la Terre autour du Soleil :
– Excentricité / obliquité / précession
Cycles glaciaires
météo
Forçages
Age de la Terre
Externes
Soleil, cosmos
Internes
lithosphère
Rétroactions
Évolution du soleil
Variabilité solaire
Paramètres orbitaux
Tectonique
orogénèse
Activité volcanique
lithosphère
isostasie
cryosphère
calottes
neige
banquise
végétation
Bio marine
surface
profond
biosphère
océans
atmosphère
109 108
Autovariations
107 106 105 104 103 102 10
années
1
10-1
L’augmentation des gaz à effet de serre
L’homme un nouvel acteur :
L’anthropocène
 1100 ppm
CO2
(ppm)
550 ppm
370 ppm
280 ppm
1750
2000
2000
2100
2100
+6,0 oC
Température de surface (oC)
2100
+0,6 oC
1750
1900
2000
2100
+1,5 oC